煉油化工節(jié)能技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)與現(xiàn)狀分析

黃格省 李雪靜 喬明（中國石油天然氣股份有限公司石油化工研究院）

煉油化工節(jié)能技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)與現(xiàn)狀分析

黃格省 李雪靜 喬明（中國石油天然氣股份有限公司石油化工研究院）

介紹了世界煉油化工節(jié)能技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)我國煉油化工企業(yè)的節(jié)能現(xiàn)狀與存在差距進(jìn)行了分析，并提出了相關(guān)建議，指出技術(shù)進(jìn)步是推動(dòng)煉油化工節(jié)能的根本途徑；我國企業(yè)必須加大煉化一體化步伐，加強(qiáng)節(jié)能新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備的推廣應(yīng)用，同時(shí)強(qiáng)化節(jié)能工作管理，努力通過多種途徑實(shí)現(xiàn)企業(yè)節(jié)能目標(biāo)。

煉油化工 節(jié)能技術(shù) 發(fā)展趨勢(shì) 現(xiàn)狀分析 建議

D O I:10.3969/j.i ssn.2095-1493.2011.03.002

近年來，在《京都議定書》的推動(dòng)下，世界許多大型石油石化公司為提高綜合競(jìng)爭力，提出了降低能耗9%～20%的計(jì)劃目標(biāo)，已把節(jié)能作為公司發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。通過加強(qiáng)節(jié)能工作，我國基本實(shí)現(xiàn)了“十一五”單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗比“十五”末降低20%的目標(biāo)。目前我國工業(yè)能耗約占全國能耗的70%以上，遠(yuǎn)高于發(fā)達(dá)國家約占1/3的水平；同時(shí)，我國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗約為世界平均水平的2.8倍；重化工行業(yè)單位產(chǎn)品能耗也遠(yuǎn)高于世界先進(jìn)水平。其中，我國原油加工、乙烯、合成氨等產(chǎn)品的平均能耗與國際先進(jìn)水平存在5%～15%的差距。為此，國家工信部提出到2015年我國單位工業(yè)增加值能耗要比2010年降低18%[1]，節(jié)能工作依然任重道遠(yuǎn)。煉油化工是高耗能高污染排放產(chǎn)業(yè)，在降低能耗、實(shí)現(xiàn)國家節(jié)能減排目標(biāo)過程中擔(dān)當(dāng)著重要角色。煉油化工節(jié)能涉及生產(chǎn)、工藝、技術(shù)、設(shè)備、管理等各個(gè)方面，是一項(xiàng)全局性的系統(tǒng)工程，其關(guān)鍵是優(yōu)先采用先進(jìn)生產(chǎn)工藝、先進(jìn)節(jié)能技術(shù)和節(jié)能設(shè)備，加強(qiáng)節(jié)能管理，降低能耗物耗，提高能源及原料利用率。

1 世界煉油化工節(jié)能技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

目前，世界煉油化工節(jié)能技術(shù)呈現(xiàn)以下幾方面的發(fā)展趨勢(shì)。

1.1 建立聯(lián)合裝置及集成設(shè)計(jì)

主要包括通過裝置規(guī)模大型化以及采用組合工藝或聯(lián)合裝置、實(shí)施裝置熱聯(lián)合、多套裝置集成設(shè)計(jì)等途徑實(shí)現(xiàn)節(jié)能。有關(guān)數(shù)據(jù)表明，在煉油廠相同規(guī)模情況下，采用單套裝置比雙套裝置的投資減少約24%，單套裝置能耗比雙套裝置能耗減少約19%。采用聯(lián)合裝置如聯(lián)合加熱爐的方式可減少設(shè)備總投資，提高熱效率，減少燃料總用量。采用煉化一體化能將煉油和石油化工生產(chǎn)聯(lián)合在一起，實(shí)現(xiàn)原料的互供，提高原料的綜合利用水平，并通過資源的優(yōu)化配置形成大規(guī)模、集約化、短流程、高靈活的結(jié)構(gòu)組合優(yōu)勢(shì)，從而實(shí)現(xiàn)石化企業(yè)的節(jié)能降耗并提高經(jīng)濟(jì)效益，煉化一體化是煉油化工企業(yè)發(fā)展的有效途徑和必然趨勢(shì)。

對(duì)裝置采用某種程度的熱聯(lián)合，例如從工藝物流的冷卻過程回收熱量來對(duì)需要加熱的過程進(jìn)行加熱，從而代替單獨(dú)的加熱設(shè)備，可以大大降低傳熱設(shè)備的投資費(fèi)用和熱量回收率，裝置熱聯(lián)合已在實(shí)際生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。另外，多套裝置集成設(shè)計(jì)具有很好的節(jié)能效果，如將減壓蒸餾與潤滑油裝置建成聯(lián)合裝置，將催化裂化與焦化組成聯(lián)合裝置等。Shell公司的Shell Bulk CDU原油蒸餾技術(shù)把常減壓蒸餾、加氫脫硫、渣油熱轉(zhuǎn)化等多套裝置進(jìn)行組合設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)加工流程的系統(tǒng)集成，大幅度減少了設(shè)備數(shù)量，節(jié)省投資30%，實(shí)現(xiàn)了能量的系統(tǒng)優(yōu)化，燃料油消耗節(jié)省15%，運(yùn)行成本大幅度降低。

1.2 采用燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)提高熱電綜合效率

燃?xì)廨啓C(jī)利用燃料化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)槿細(xì)鉄崮埽俳?jīng)燃?xì)馔钙綄崮苻D(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能和電能，它用空氣而不是水蒸氣作工質(zhì)，可省去鍋爐、冷凝器、給水處理等大型設(shè)備。目前，煉化企業(yè)對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的應(yīng)用方式主要采用燃?xì)廨啓C(jī)—蒸汽聯(lián)合循環(huán)、燃?xì)廨啓C(jī)—加熱爐聯(lián)合循環(huán)，以提高熱電綜合效率。煉化企業(yè)大量使用加熱爐,被加熱介質(zhì)進(jìn)口溫度在40～380℃，出口溫度在150～500℃，這是利用燃?xì)廨啓C(jī)排氣余熱的最佳方式。燃?xì)廨啓C(jī)與加熱爐聯(lián)合應(yīng)用可提高燃?xì)廨啓C(jī)的效率和總熱利用率，用燃?xì)廨啓C(jī)直接驅(qū)動(dòng)煉化企業(yè)工藝系統(tǒng)的壓縮機(jī)可以省去能源多次轉(zhuǎn)換帶來的各種損失。例如，以煉廠氣為燃料的燃?xì)廨啓C(jī)可以與蒸汽輪機(jī)聯(lián)用,燃?xì)廨啓C(jī)的廢氣又可以預(yù)熱加熱爐的空氣。又如，對(duì)大型裂解裝置,可選用燃?xì)廨啓C(jī)作為乙烯壓縮機(jī)和丙烯壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)機(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)的排氣可作為裂解爐的助燃空氣，如果串聯(lián)一臺(tái)輔助蒸汽透平,可大大節(jié)省乙烯裝置的總?cè)剂舷暮屠鋮s水用量。

汽電或熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)是近些年來廣泛應(yīng)用的節(jié)能新技術(shù)，大約節(jié)能30%左右。IGCC（整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)）技術(shù)是現(xiàn)代煉油廠實(shí)現(xiàn)汽電聯(lián)產(chǎn)、渣油改質(zhì)、減少污染排放的新型技術(shù)之一。煉油廠IGCC技術(shù)采用高硫渣油（或焦炭）等煉廠劣質(zhì)進(jìn)料，通過基于部分氧化的氣化技術(shù)產(chǎn)生合成氣，不僅可使合成氣通過燃?xì)廨啓C(jī)一蒸汽透平發(fā)電、產(chǎn)汽，而且可使CO2排放減少40%，SOx、NOx、C0和顆粒物質(zhì)排放減少80%[2]，使煉廠滿足污染排放標(biāo)準(zhǔn)，帶來顯著的環(huán)境效益。

1.3 合理利用蒸汽和低溫?zé)崮?/h3>

蒸汽合理利用是煉油化工企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)的主要途徑之一，主要包括提高蒸汽轉(zhuǎn)換效率，降低供汽能耗；實(shí)現(xiàn)分級(jí)供熱，蒸汽逐級(jí)利用；改善用汽狀況，減少蒸汽消耗；合理使用伴熱蒸汽（或熱水），加強(qiáng)凝結(jié)水回收；降低使用蒸汽的壓力等級(jí)；加強(qiáng)蒸汽管網(wǎng)保溫以及選擇蒸汽系統(tǒng)熱功聯(lián)產(chǎn)等。低溫?zé)崮艿睦靡彩枪?jié)能重要手段之一，要求盡量減少低溫?zé)嵩吹漠a(chǎn)生，做好燃?xì)庀到y(tǒng)和蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的平衡，實(shí)現(xiàn)能源的梯級(jí)利用，即首先利用高品位能源做功，其次才是工藝?yán)?；同時(shí)做好低溫?zé)岬木C合利用，例如低溫?zé)岬墓I(yè)利用或民用，或者將其升級(jí)利用于供熱、致冷、發(fā)電等方面。

1.4 采用新型節(jié)能技術(shù)

主要包括機(jī)泵變頻調(diào)速技術(shù)、精餾裝置節(jié)能技術(shù)、熱泵技術(shù)等。使用變頻調(diào)速技術(shù)可使機(jī)泵在最高效率點(diǎn)附近運(yùn)行，并用計(jì)算機(jī)進(jìn)行優(yōu)化控制，從而可大大改善許多設(shè)備“大馬拉小車”的狀況，對(duì)煉油化工企業(yè)低負(fù)荷或變工況的機(jī)泵具有很好的節(jié)能效果，該技術(shù)已在國內(nèi)外取得迅速發(fā)展。精餾裝置是高能耗裝置，傳統(tǒng)的精餾方式熱力學(xué)效率很低，能量浪費(fèi)很大，近年來采用規(guī)整填料代替板式塔，可使壓降減少到原來的1/3左右，對(duì)一個(gè)常壓塔裝置，僅此一項(xiàng)可使每噸油降低能耗142 MJ。國外采用最新開發(fā)的孔板波紋填料已在直徑13.4 m的減壓塔上成功應(yīng)用，具有很好的節(jié)能效果。

熱泵技術(shù)以消耗一部分低品位能源（機(jī)械能、電能或高溫?zé)崮埽檠a(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)熱能從低溫?zé)嵩聪蚋邷責(zé)嵩磦鬟f，其實(shí)質(zhì)是借助降低一定量的功的品位，提供品位較低而數(shù)量更多的能量。由于熱泵能將低溫?zé)崮苻D(zhuǎn)換為高溫?zé)崮?，提高能源的有效利用率，因此已成為回收低溫余熱的重要途徑。在蒸餾過程中，采用熱泵可以將塔頂?shù)蜏匚坏臒崃枯斔徒o塔底高溫位的熱源，從而有效回收塔頂?shù)蜏匚粺崃?，降低蒸餾過程的能耗。與常規(guī)蒸餾相比，在產(chǎn)品收率和質(zhì)量均相同的情況下，熱泵蒸餾技術(shù)可節(jié)約80%以上的能量。

1.5 實(shí)施能量系統(tǒng)優(yōu)化

煉油化工能量系統(tǒng)是煉化生產(chǎn)過程中與能量的轉(zhuǎn)換、利用、回收等環(huán)節(jié)有關(guān)的設(shè)備所組成的系統(tǒng)，包括熱回收換熱網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)及蒸汽、動(dòng)力、冷卻、冷凍等公用工程子系統(tǒng)。對(duì)煉化能量系統(tǒng)以能量系統(tǒng)集成和優(yōu)化的角度，從整體上進(jìn)行優(yōu)化，尤其是在設(shè)計(jì)階段就進(jìn)行綜合分析，確定最優(yōu)能量系統(tǒng)，對(duì)于裝置節(jié)能、提高經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益均有十分重要的意義。能量系統(tǒng)優(yōu)化的方法目前主要有夾點(diǎn)技術(shù)、數(shù)學(xué)規(guī)劃法、人工智能專家系統(tǒng)。

夾點(diǎn)技術(shù)[3]是指在進(jìn)行換熱的熱、冷物流中存在著一處傳熱溫差最小的點(diǎn)即夾點(diǎn)，夾點(diǎn)處的最小傳熱溫差限制了熱量的進(jìn)一步回收，決定了最小的加熱公用工程和冷卻公用工程。夾點(diǎn)技術(shù)是換熱網(wǎng)絡(luò)、水網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化最實(shí)用的節(jié)能技術(shù)。采用夾點(diǎn)技術(shù)，對(duì)新廠設(shè)計(jì)而言，比傳統(tǒng)方法可節(jié)能30%～50%，節(jié)省投資10%左右；對(duì)老廠改造而言，通?？晒?jié)能20%～35%，改造投資的回收年限一般0.5～3年；水夾點(diǎn)技術(shù)在煉廠和化工廠中的應(yīng)用可節(jié)水20%～30%，目前夾點(diǎn)技術(shù)己得到廣泛應(yīng)用，擴(kuò)展到包括精餾、熱泵、熱力透平、加熱爐等工藝流程的確定以及非能目標(biāo)（如投資、可操作性和排棄物）確定。數(shù)學(xué)規(guī)劃法、人工智能專家系統(tǒng)目前正在開發(fā)之中，其用于能量系統(tǒng)優(yōu)化尚有一定距離。

1.6 加強(qiáng)資源利用

合理利用煉廠氣（含輕烴和氫），如用吸收-解吸法回收C3以上組分，用膜分離法回收有機(jī)蒸氣組分及氫，用變壓吸附法回收氫。回收利用“三廢”（廢渣、廢水、廢氣），降低單位產(chǎn)值的能耗，間接達(dá)到節(jié)能目的。尋找石油替代能源，以煤代油、以氣代油、以焦代油，例如采用水煤漿替代鍋爐燃料；充分利用高硫石油焦，建設(shè)流化床鍋爐（CFB），替代燃油鍋爐；利用煉廠氣和天然氣資源，替代煉廠制氫用輕油原料和發(fā)電產(chǎn)的鍋爐燃料。優(yōu)化燃料結(jié)構(gòu)，減少作為燃料的石油用量，將替換出的石油資源用來生產(chǎn)石化產(chǎn)品，提高整體效益。

2 我國煉化行業(yè)節(jié)能狀況分析

近年來，我國煉油化工的整體水平不斷提升，已具備較大規(guī)模和較強(qiáng)的實(shí)力，但能源利用效率與國際先進(jìn)水平相比還有差距，大型煉油化工企業(yè)由于設(shè)備集中度高、耗能高，開展系統(tǒng)節(jié)能的潛力較大。目前國際上煉油綜合能耗最好水平已達(dá)每噸53 kg標(biāo)油，但由于我國部分煉油裝置規(guī)模較小、設(shè)計(jì)水平低、工藝相對(duì)落后，整體用能和裝置之間用能的匹配性差，平均在78 kg標(biāo)油/t。近年來我國乙烯裝置物耗、能耗水平雖然有了明顯提高，但與國外先進(jìn)水平相比仍有差距。國外每噸乙烯能耗一般為500～550 kg標(biāo)油，先進(jìn)水平每噸為440 kg標(biāo)油，而我國生產(chǎn)乙烯能耗為每噸650～700 kg標(biāo)油，并且在同類企業(yè)中能源消耗水平差別較大[4]。

目前，我國煉油化工行業(yè)的總能耗占全國能耗消費(fèi)總量的16%，能耗偏高的現(xiàn)象不容忽視。我國現(xiàn)今的煉油技術(shù)雖然與國外相差不多，但綜合水平還有差距，例如國外的輕質(zhì)油收率在80%以上，而我國輕質(zhì)油收率平均為74%。我國企業(yè)能耗偏高最主要的原因是整體規(guī)模不高。目前，全球煉廠平均規(guī)模為500×104t/a左右，大型煉廠1 000×104t/a，最大的為4 000×104t/a，而我國現(xiàn)在千萬噸規(guī)模的煉廠不多，整體煉油規(guī)模水平不高，有些地方還有許多小煉廠。解決我國煉油業(yè)能耗偏高的問題，最重要的就是要擴(kuò)大裝置規(guī)模，新建或改造擴(kuò)建一些千萬噸級(jí)煉廠，關(guān)停或兼并不合格的小煉廠。近年來，中國石油天然氣集團(tuán)公司高度重視節(jié)能工作，通過優(yōu)化裝置布局、加大節(jié)能投入、開展技術(shù)攻關(guān)、合理利用原料等途徑，節(jié)能工作取得良好效果，為國內(nèi)同行企業(yè)做好節(jié)能工作樹立了標(biāo)桿。

3 對(duì)我國煉油化工企業(yè)節(jié)能工作的建議

近年來，我國煉油化工企業(yè)節(jié)能工作取得了顯著成績，但與國外先進(jìn)水平相比還存在一定的差距，節(jié)能工作仍然面臨艱巨的任務(wù)，必須繼續(xù)在加快煉化一體化步伐、推動(dòng)節(jié)能技術(shù)進(jìn)步以及加強(qiáng)節(jié)能管理等方面堅(jiān)持不懈地開展工作。為此，筆者提出以下幾點(diǎn)建議：

（1）加快煉化一體化步伐。煉化一體化具有優(yōu)化原料配置、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)適應(yīng)性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)勢(shì)，是未來石化企業(yè)的發(fā)展方向。我國的乙烷、丙烷、丁烷及凝析油等輕烴資源比較缺乏，石油化工生產(chǎn)必須依靠原油加工提供煉廠氣、石腦油等輕烴資源和部分低碳烯烴資源，因此要求有條件的企業(yè)應(yīng)盡快由燃料型轉(zhuǎn)變?yōu)槿剂?化工型；同時(shí)，我國還要多投入大型的煉化一體化項(xiàng)目。

（2）不斷推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步。技術(shù)進(jìn)步是煉油化工企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)的根本途徑。在煉油生產(chǎn)方面，要注意合理選擇原油，提高加熱爐熱效率，減少煉廠燃料消耗，實(shí)施裝置間熱聯(lián)合，優(yōu)化煉廠蒸汽系統(tǒng)，合理利用煉廠低溫?zé)崮?，采用高效?jié)能設(shè)備和提高設(shè)備效率等。在乙烯生產(chǎn)方面，優(yōu)先采用世界先進(jìn)乙烯生產(chǎn)技術(shù)，包括裂解爐強(qiáng)化傳熱技術(shù)、抑制結(jié)焦技術(shù)、催化精餾加氫技術(shù)、混合冷劑制冷技術(shù)、先進(jìn)控制技術(shù)等；同時(shí)，優(yōu)化裂解原料和工藝操作、改善高溫裂解氣熱量回收、延長裝置運(yùn)轉(zhuǎn)周期和實(shí)施新型節(jié)能技術(shù)，例如采用變頻調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)，利用廢熱預(yù)熱燃燒空氣，采用燃?xì)廨啓C(jī)與裂解爐聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，實(shí)施急冷油減黏系統(tǒng)等。

（3）加強(qiáng)節(jié)能工作管理。我國部分煉油化工企業(yè)的節(jié)能管理還比較薄弱。突出表現(xiàn)在管理體系建設(shè)方面，節(jié)能管理組織不健全、職能不到位、體系不順、力量薄弱等問題，各級(jí)節(jié)能管理和技術(shù)機(jī)構(gòu)的力量亟待加強(qiáng)。同時(shí)，在基礎(chǔ)管理方面，計(jì)量、定額、監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)等還相對(duì)薄弱，節(jié)能源頭管理尚未落到實(shí)處，考核獎(jiǎng)懲機(jī)制還不夠完善，全員節(jié)能意識(shí)有待進(jìn)一步提高。

[1]佚名.我國調(diào)高“十二五”工業(yè)節(jié)能減排目標(biāo)[OL].[2011-04-06].http://finance.ce.cn/rolling/201104/06/t20110406_16559966.shtml.

[2]朱建芳.IGCC節(jié)能技術(shù)在煉油廠減排中的應(yīng)用[J].石油知識(shí)，2010（5）:21-22.

[3]王俊美，陳金華.夾點(diǎn)技術(shù)原理與最新應(yīng)用[J].天津化工，2010，24（3）：38.

[4]余績慶，劉博，高建保.我國煉油企業(yè)提高能源效率的途徑[J].石油規(guī)劃設(shè)計(jì)，2008，19（2）：3.

黃格省，1989年畢業(yè)于西北大學(xué)，高級(jí)工程師，從事煉油化工戰(zhàn)略信息研究，E-mail:huanggeshengyx@163.com，地址：北京市海淀區(qū)北塢村路甲25號(hào)靜芯園E座，100195。

2011-03-28）